某科学的水力火箭

小时候，每次看到火箭发射都幻想自己置身其中傲游太空的，有木有?

买个二踢脚想过过瘾，TMD威力比炸弹还猛，被父母追得满屋跑的，有木有?

长大后，想DIY个模型发现火药成违禁物了，有木有?

去玩具店买支吧，得从生活费中抠一年才够数，物价还在嗖嗖涨啊，有木有?

想当Geek的孩纸，你们桑不起啊啊!孩纸们，Geek面前没有困难，《Geek》今天就带给大家一枚环保、简易，只需30分钟就能搞定的水力火箭!火箭全部由垃圾材料制成，“燃料”是水，加注工具是打气筒，喷出效果比某些岛国动作片更壮观，此外，还附送骨灰级Geek遥测方案一套。

材料及工具准备

1　容量为2L的塑料可乐瓶两只，可口可乐、百事可乐、非常可乐、雪碧……品牌不限，当然要求最好具备流线型的外观。也可以选其他容量的，这只和发射高度及威力大小有关，2L是比较适合的尺寸。

2　打包胶带一卷，各文具店有售。

3　热胶枪一把，胶条若干，Geek必备。

4　硬挺的纸板，常见的瓦楞纸箱即可。

5　剪刀一把。

开工喽

Step 1制作火箭尾翼

在大气中飞行的飞行器都少不了尾翼，要不，方向木法控制滴，你不希望这颗发射速度相当于土制小炮的火箭奔你面门而来吧?本例火箭中使用的为固定尾翼，采用最简单的3片式。用剪刀从纸板上裁剪三片尺寸、外形一样的直角梯形或三角形纸片搞定。尾翼的尺寸很灵活，自己看着适中就行，过大增加重量和阻力，过小则可能不起作用。

Step 2预处理瓶身

这一步主要是标出粘接尾翼的位置。由于我们使用了粘接性很强的热熔胶，为了防止粘接错位和便于修改，尾翼不是直接粘在瓶身上的，而是在打包胶带上，一旦出错，可轻易撕下。在瓶身靠近瓶口的一端沿水平面画出一圆周，刻出圆周的三均分点，在均分点位置分别贴上一块打包胶带。

Step 3固定尾翼

预热热胶枪，将热熔胶涂抹在尾翼的长边上，保持尾翼面与瓶身轴线处在同一平面，将尾翼固定在打包胶带上。如果出错，可以撕下胶带，重新粘接。确认各尾翼的尺寸、重量基本一致，并均匀分布在瓶身的圆周上。

Step4制作火箭头部

粘有尾翼的可乐瓶瓶口是充当喷口的，底部才是“火箭”的头部，为了减少空气阻力，得给它安一个流线型的“鼻子”。方法是剪下另外一只可乐瓶的瓶口部分，用胶将其粘在带尾翼瓶的底部，这样一支两头均为流线造型的“火箭”就完成喽。

这……就完工了?是滴，它已经是属于你的火箭了，虽然样子简陋了点，但确实能飞哦!当然需要加注“燃料”和置于发射架上才可以。《Geek》友情提示：如果觉得一个可乐瓶装的燃料太少，可以将几个同样大小的可乐瓶两端剪开、用胶带“串联”起来，如题图所示。

它是怎样工作滴?

跟以前的手工品相比，这“火箭”现在还真看不出怎么飞。以下咱们就说说它是怎么工作滴。首先你得给火箭加注燃料一水和压缩空气。在瓶内注入大致1／4容量的水，用带有充气针的塞子塞住瓶口(充气针就是给篮球、足球充气的那种)。喷口朝下，将火箭至于发射架(如竖直的PVC管)上，然后用充气筒向瓶身充气，充气压力视瓶口的密封塞而定，自己把握喽(一般而言，瓶身不会爆掉的，不过这也要看人品，注意安全)。当感觉气压差不多的时候，用拉线或者其他工具拔出塞子(或者继续打气，让瓶内的压缩空气自己冲开塞子)。滋～～～～“水箭”就起飞了!《Geek》与神棍最大的差别是咱不仅能做出充满魔力的道具，还能用科学来加以阐释和推理。这枚水力火箭在工作原理上与真正的火箭没什么差别，都是遵从牛顿第三运动定律，利用压缩空气高速喷出水的反作用力获得动力。影响动力性能的因素主要包括气压、喷口大小和火箭自重。由于本例中喷口固定，你可以通过改变装水容量(自重)和气压的方式来优化配置，令火箭飞得更高、更远。这种优化需要获得火箭的飞行速度和高度参数，Geek从来不想当然，以下我们为诸位提供一份海外朋友的解决方案，属于番外篇。

鉴于所有不以科学和探索为目的单纯模仿都是耍流氓，都无法称之为真正的Geek行为，下面为大家送来一套无线遥测方案。据此，你可以通过无线测量水力火箭在不同载重和压力下的飞行参数，获得最优的火箭配置。

遥测套件清单

1.JeeN0de套件，置于火箭头部，负责数据的发射，22.5美刀；

2.JeeLink模块，无线接收器，36.50美刀：

3.JeeLabs压力和温度传感器BoschBMP085，这是一个压差式海拔仪，用以测量火箭飞行高度，21.95美刀；

4.微型USB接口板套件，14美刀。选购件包括：

JeeLabs三轴重力加速器BMA020，用于测定火箭运行时的加速度，20美73；JeeLabs EEPROM可擦写存储器，128KB容量，9.5美刀。

呃……总花费不少，不过这些部件都可以作为储备，应用到以后的作品中，还是值得。国内的电子市场和淘宝上应该也有类似的套件出售。此外，需要特别说明的是，这些元件都是散装套件，需要自己焊接，这是技术活，得练!

遥测组件组装

虽然具体的组装视所采用的元件，方式不一，但总的组装流程依然可以基本分为以下几步：

Sfep 1　焊接套件请参考所购买套件提供的电路图，倘若对自己手艺不放心，可请求外援。套件共有两部分：JeeNode无线发射套件和JeeLink接收模块，基于Arduino开源硬件方案。替代品应该很多，不一定非要选Jee这家。

Step 2 安装数据收集仓嗯，还记得前面咱给火箭做的“鼻子”么?现在得将它拆下来，做成一个载物舱。将压力传感器和加速度传感器与JeeNode套件板连接，为减少重量，可以使用锂电或CR2032电池供电。用捆扎线固定好，并将整个组件放置在“鼻子”内。注意，不要把“鼻子”封死，后续还需要打开这个“舱”上载和读取数据。整个套件完工后的重量约为50g。

Step 3建立数据收集通道其实就是将JeeLinl(模块与电脑连接，以便可以使用程序读取和分析JeeLink接收到的数据。使用USB数据线将JeeLink连接到电脑的任意USB口即可。因为是开源硬件，电脑安装Arduino SDK后会自动识别，没有寻找驱动程序的烦劳。

Step 4 写入遥测程序基于Arduino的开源硬件除了可以无缝实现与电脑的连接，还能通过对硬件编程，实现各种功能，所以家里常备一套，对发挥Geek潜力大有裨益。这里需要3个程序：火箭头部的JeeNode套件收集程序，负责获取加速度和压力传感器的数值，并将其编码发射出去；JeeLink接收解码程序，负责数据的接受和解调；电脑端运行图形记录和数据分析程序。JeeNode套件收集程序需要借用小USB接口板与JeeNode套件连接，再通过USB板与电脑连接，然后使用电脑上载程序至JeeNode套件的ROM中；JeeLink接收解码程序可以直接通过电脑写入JeeLink套件板；数据分析程序则驻留在电脑上，启动后会监测JeeLink接收到的数据。

调试和控制

整套方案从易于操控人手，只有三枚控制键(电脑键盘控制)，分别对应传感器复位和存储器清零(C键)，数据传输和记录(W键)以及内置EEPROM存储数据读取(R键)。

1.首先将水力火箭在发射架上安置好，启动电脑端控制程序，按下C键，此时屏幕上的高度、加速度、温度等值应显示为0,0,0，曲线可能会有小幅波动，此属正常。

2.按下W键启动数据传输和记录，同时开始发射倒计时。火箭发射后，可以在屏幕上实时看到加速度和高度的曲线图，待火箭落地后，按下W键，停止记录。

3.你必须了解，不是每次的飞行数据都能完好地发送至电脑端，这个无线套件的功率很小，传输距离有限，一旦超过接收范围，数据就会丢失。为了避免这种沮丧，我们可以在JeeNode套件插槽上插入EEPROM存储器，它会不停记录从发射开始的所有数据，直至耗尽EEPROM的存储空间。事后可以使用小USB接口板连接JeeNode套件，通过电脑进行读取，类似机上的“黑匣子”。

4.使用不同的载重和气压值多测试几组数据，剩下的就是数值分析了。此方案中使用的水力火箭重185g，充气压力约为4个大气压，测得的瞬间加速度高达8g以上――普通人在3～4g的加速度时已经开始头晕恶心。所以，安全很重要，别离得太近!